初中物理能源与可持续发展综合题

悬浮在海水中的潜艇排开海水的质量为3x10⁶kg（g取10N/kg，海水的密度取1x10³kg/m³）.
（1）在图上面画出潜艇的受力示意图（以点代替潜艇）。

（2）潜艇排开海水的体积是多少？
（3）潜艇所受浮力多大？
（4）潜艇所受重力多大？

⑴配置适当密度的盐水，可以用来为某些农作物选种，把种子放在盐水中，漂浮的种子是不饱满的，沉底的种子是饱满的，请说明道理。
⑵研究表明，某盐水的密度ρ随深度h而变化，变化规律为ρ=ρ₀+kh，式中ρ₀=1.0×10³kg/m³，k=1.0×10³ kg/m⁴，向此盐水中投放两个用一根轻细线系着的小球A和B，两小球体积均为1cm³，两球质量分别为m_A=1.2g， m_B=1.4g，如果每个球在溶液中都处于静止状态，两球球心相距L=10cm，线是拉紧的且不拉断。（假设盐水足够深且小球所在处的盐水密度取球心对应深度处的密度值，取g=10N/kg）求：
①A球球心所处的深度值？
②A球所在处盐水的压强是否可以计算？如果能，请列出计算此处压强的表达式；如果不能，请说明理由？
③线的拉力？

阅读短文，回答问题．
如图甲是我国首艘“海上飞船”——“翔州1”．它的最大起飞质量为2.5t，巡航速度140~160km/h，最大航速可达210km/h，最高能爬升至150m，可乘坐7人．它既可以在水中航行，又可以贴近水面飞行．该设计利用了“翼地效应”，即当运动的飞行器掉到距地面（或水面）很近时，气流流过机翼后会向后下方流动，这时地面（或水面）将产生一股向上的反推力，使整个机体的上下压力差增大，升力会陡然增加，阻力减小．

（1）下列有关“翔州1”的说法中错误的是      （   ）

A．“翔州1”漂浮在水面时，它受到的重力与浮力是一对平衡力

B．“翔州1”在水面上飞行时，机翼下表面受到的空气压强较大

C．“翼地效应”是利用流体压强与流速关系使“翔州1”获得更大升力的

D．随着“翔州1”在水面以上爬升的高度增加，船外大气压减小

（2）“翔州1”在平静的水面由静止开始运动，若运动过程中受到的阻力不变，水平方向获得的动力F随运动时间t的变化关系如图乙所示．t=50s后，“翔州1”以20m/s的速度做匀速直线运动．则在0～50s内，“翔州1”的运动状态是________（选填“减速”、“先加速后减速”或“加速”）运动．从50～100s时间内牵引力做了________J的功．
（3）该“翔州1”以最大航速匀速飞行1.5h通过的路程是________km．“翔州1”船身设计成“流线形”是为了________．
（4）“翔州1”靠岸后，有5名乘客从船上登岸，则船排开海水的体积约减少多少m³？（人的平均质量为70kg，ρ_海水=1.0×10³kg/m³，取g=10N/kg，请写出计算过程）

波浪发电机就是一种把波浪的能量转化成电能的一种发电方式。如图所示是漂浮气动式波浪发电机的工作示意图，波浪运动的表面性和较长的中心管的阻隔．管的下端伸入到海平面6m以下，浮体可以带动中心管随波浪上升与下降。内水面和汽轮机之间是气室。当浮体随波浪上升时，气室容积增大，经阀门吸入空气。当浮体带动中心管随波浪下降时，气室容积减小，受压空气将阀门关闭经汽轮机排出。它的汽轮机带动发电机发电。
根据以上材料，回答下列问题：
(1)由于下端管口位于水面较深处，因此管内水面受波浪影响较________(“大”或“小”)，可看做静止不动的水面。
(2)漂浮气动式波浪发电机主要利用哪个过程对外发电？
答：________________________________________________________________________。
(3)这种波浪发电机在工作时，把海水(波浪)的________能通过________装置转化成了电能。
(4)如果这种装置用金属做成的话，该金属必须具备什么特点？利用波浪发电最大的局限是什么？

．在常规化石能源非常紧缺的今天，核能受到越来越高度的重视，如今美国电力需求的21%是来自核电．核电站的大体组成如图所示，核材料在原子反应堆中发生核反应产生大量的热能，冷却剂将这些热能带到热交换器将水变成水蒸气，水蒸气推动蒸汽轮机带动发电机发电，最终实现了核能到电能的转换．
 
请在下面的空格中填上适当的内容：
（1）在下面方框中填写核电站发电过程中能量的转化情况：

 
（2）核能是核材料发生        变时释放出来的能量，是          （填“可再生”或“不可再生”）能源．
（3）核电站的核废料具有         性，若发生事故时，对环境会造成相当大的危害，但很多国家仍大力发展核电站，其原因是                                        ．
（4）能源非常紧缺的今天，“节能减排”是我们每个社会成员应尽的责任和义务，我们要从生活中的点滴做起，为保护人类共同的家园——地球，做出一份努力．请就如何做到“节能”或“减排”，简要谈谈你的一个建议：                                       ．

目前人类正在积极开发和利用太阳能，例如太阳能热水器，某一太阳能热水器2h内平均使质量为36kg的水从20℃升高到30℃。
(1)请写出一条太阳能的优点：                                              。
(2)求热水器中水吸收的热量是多少？

生物质能属于一次能源。      （ ）

化石能源包括煤、石油、木柴。    （ ）

沙漠的沙子比热容小，太阳一晒温度就升高，沙漠表层的温度可以与空气或者地下2～3米差20℃。沙漠里大面积的温度差如果配合上温差发电组件就可以得到电力。为了探究这种发电技术，小明买来了一片半导体温差发电组件(如图甲所示)进行探究。他取来热得快、金属杯、散热片、电流表、电压表、定值电阻各一个，导线若干，在金属杯中盛多半杯水，将温差发电片用导热胶固定在杯底，A面向上，B面固定散热片，组成如图乙所示的电路。接通热得快的电源，每隔2分钟记录一次电流表和电压表的示数，加热到12min时水沸腾。记录结果如表所示。

时间t／min	0	2	4	6	8	10	12	14	16
电压U／V	0	0	0.3	0.6	0.9	1.2	1.5	1.5	1.5
电流I／A	0	0	0.02	0.04	0.06	0.08	0.1	0.1	0.1

①小明所用的定值电阻为________Ω，当水沸腾时，温差发电片输出的电功率为________W。
②总结小明实验所得出的规律。
③若用上述温差发电片制作温差发电机，它的A面应该处于________(“高温”或“低温”)端，温差发电片是将________能转化成________能的装置。
④小明认为，设法把温差发电片的A面处于保温瓶中，B面处在空气中，这个装置就可以源源不断地向外供电，这种说法正确吗？说说你的道理。

演绎式探究 $---$探究点电荷的电场强度

如果带电体间的距离比它们的大小大得多，这样的带电体可以看成是点电荷。

（1）实验发现，带电量分别为 $q_1$、 $q_2$的两个点电荷距离为 $r$时，它们之间的作用力 $F=k\frac{q_1{q}_2}{r^2}$，其中 $k$为常量，当 $q_1$和 $r$一定时， $F$与 $q_2$之间的关系图象可以用图甲中的图线　　来表示。

（2）磁体周围存在磁场，同样，电荷周围也存在磁场。电场对放入其中的电荷产生电场力的作用。点电荷 $q_1$和 $q_2$之间的作用力实际是 $q_1$（或 $q_2)$的电场对 $q_2$（或 $q_1)$的电场力。物理学中规定：放入电场中某一点的电荷受到的电场力 $F$跟它的电量 $q$的比值，叫做该点的电场强度，用 $E$表示，则 $E=$　　。

如图乙所示，在距离点电荷 $Q$为 $r$的 $A$点放一个点电荷 $q$，则点电荷 $q$受到的电场力 $F=$　　，点电荷 $Q$在 $A$点产生的电场强度 $E_A=$　　。

（3）如果两个点电荷同时存在，它们的电场会相互叠加，形成合电场。

如图丙所示，两个互成角度的电场强度 $E_1$和 $E_2$，它们合成后的电场强度 $E$用平行四边形的对角线表示。如图丁所示，两个点电荷 $Q$分别放在 $A$、 $B$两点，它们在 $C$点产生的合电场强度为 $E_{合}$．请推导证明： $E_{合}=\sqrt{2}\frac{\mathit{kQ}}{r{}^2}$。

6月5日是世界环境日，今年我国的主题是“低碳减排，绿色生活”．人类对能源的需求越来越大，世界能源危机日益突出，如何合理利用和开发能源，提高能源的利用率，实现低碳减排，已成为世界各国共同关注的问题．
（1）图甲为近两个多世纪以来人类能源消耗曲线图．由图可知，自1950年以来，人类能源消耗的情况是（　　）

A．显著增长

B．平稳增长

C．稳中有降

D．显著减少

（2）在众多的未来能源中，风能、太阳能、水能都同属于________（填“可再生”或“不可再生”）能源，它们的开发和利用可以减少大量化石燃料的生产和由于消费导致的严重的环境污染及生态破坏．
（3）为实现减排目标，国家大力推广风力发电．我省沿海地区风力发电项目已全面启动，沿海壮观的风电场走廊即将形成（如图乙所示）．假如1.2×10⁶kW的风电场项目全面建成之后，所有机组发电1h，则可提供多少千瓦时的电能？这些电能相当于多少千克煤炭完全燃烧所释放出来的能量？（煤的热值为3.0×10⁷J／kg）
（4）充分利用太阳能，符合节能减排的理念．太阳能热水器（如图丙所示）已走进了千家万户，小明家的太阳能热水器接收太阳能的总有效面积为2m²，热水器每平方米的面积上1h得到的太阳辐射能平均为2.52×10⁶J，热水器仅能把接收的太阳能的50％转化为水的内能．那么光照3h可以使热水器内初温为20℃、质量为100kg的水温度升高多少摄氏度？[水的比热容是4.2×10³J／（kg·℃）]．

阅读下列材料，回答问题：(共6分)
为了满足人们对能源不断增长的需要，科学家们设想在空间建立太阳能电站来利用太阳能、这种空间太阳能电站建在地球同步轨道上，其工作过程如图所示、在太阳能收集板上铺设太阳能电池，通过它把太阳能转化成电能，再通过天线将电能以微波的形式发送至地面接收站、
已知太阳能收集板长10km、宽5km，太阳光在它的表面处每平方米的功率为1.4×10³W，太阳能电池的光电转化效率为10%，微波的频率为2.5×10⁹Hz，空间太阳能电站向地面的输电效率可达80%、

（1）太阳发出的具大能量来源于太阳内部的氢原子核发生的____________（选填“核聚变”或“核裂变”）、
（2）太阳能电站相对于地面接收站是___________（选填“运动”或“静止”）的，空间太阳能电站工作时，地面接收站的接收功率是__________________W、
（3）试计算在输电过程中所使用的微波的波长、

阅读下面的短文，回答问题．
太阳能热水器
　　太阳能热水器能利用太阳能把水从低温加热到高温，以满足人们日常生活的需要，它具有安全、节能、环保等优点．
　　如图甲所示，太阳能热水器主要由两部分构成：一部分是由许多根玻璃吸热管组成的集热器，每根玻璃吸热管由双层玻璃管组成，双层玻璃管之间是真空．如图乙所示是玻璃吸热管的工作原理图，它的结构与保温瓶的玻璃内胆相似，只是在玻璃吸热管的内表面涂了一层黑色的吸热材料．另一部分是保温储水箱，保温储水箱下部与玻璃吸热管相通．
　　玻璃吸热管工作原理如图乙所示：当太阳光入射到黑色的吸热层上时，黑色吸热层能把太阳能更有效地转化为热能，将管内的水加热．向光一侧的水被加热后体积增大、密度变小而向上运动；背光一侧的水由于温度较低、密度较大而向下运动，从而形成冷热水循环，最终整箱水都升高至一定的温度．玻璃吸热管具有吸热保温作用．
请回答以下问题：
（1）玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大、密度变小，所受到的浮力________重力．
（2）能否将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面上？________．简单说明理由：________．
（3）要将质量为100kg、初温为20℃的水加热到60℃，则这些水需要吸收多少热量？[水的比热容是4.2×10³J／（kg·℃）]
（4）某品牌太阳能热水器集热器面积为S＝2m²，热效率为η＝40％（即热水器能将照射到玻璃吸热管上的太阳能的40％转化为水的内能），该地点太阳能辐射到地面的平均功率为P＝1.4×10³W／m²（即平均每平方米每秒钟太阳辐射的能量为1.4×10³J）．在第（3）小题中水吸收的热量由该热水器提供，求需要加热的时间．

如图是一种简易温度计，当外界温度升高时，液体体积膨胀，引起液体密度变化，导致小球受到的浮力变化而运动。小球运动会引起悬挂于下端的链条长度发生变化，最终使小球重新悬浮在液体的某一深度，指针指示温度值。（小球体积变化可忽略）

（1）该温度计的刻度值自下而上变   。
（2）若该温度计中小球的体积为3×10^-5m³，20℃时容器内液体密度为0.8×10³kg/m³，则此时悬浮在液体中的小球受到的浮力为多少N？（g取10N/kg）
（3）为了使该温度计更精确，请提出一条改进建议：   。

2011年3月，日本发生了强烈地震并引发了海啸，对福岛核电站造成了很大的破坏，如图甲所示．
（1）核电站是利用________能来发电的，其能量是原子核发生核________（填“裂变”或“聚变”）所释放的．
（2）由于一系列的爆炸，使得大量的核燃料外泄，周围的人们处在核污染中．图乙中是核辐射标志的是________．
（3）要给处于高温中的核反应堆外壳降温，消防员可通过喷水的方法来有效降温．这是用________的方法来改变内能的．
（4）如果核电站每年需要50t的核燃料，而同等规模的火电站每年需要6×10⁶t的煤炭．6×10⁶t的煤炭完全燃烧放出的热量是________J（煤炭的热值为3×10⁷J／kg）．
（5）能源和环境是世界各国共同面临的问题，保护环境、节约能源要从我做起．下列说法中需要改正的是（　　）

A．尽可能用太阳能热水器代替电热水器

B．养成及时关掉水龙头和人走关灯的习惯

C．用洗脸水冲厕所，将废报纸、空酒瓶等送到废品收购站

D．及时将生活垃圾、废电池装在一起丢入垃圾箱